遥远古气候中的热带气旋

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为什么要研究古气候？



古气候数值模拟是利用气候模式来研究古气候的演化规律。它可以用来检验气候模式的模拟能力，提高预测未来气候变化的可靠性。

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上新世中期是什么？



上新世中期是指距今3.29-2.97万年的一段时间，在第四纪以前，是地球经历的一个遥远的持续性暖期。

跟现在相比，上新世中期的格陵兰冰盖和南极冰盖大量消融，只剩下现在的50%和67%。



海温升高，海冰融化，北冰洋海冰在夏季完全融化；全球海平面上升了25米。

当时，在北半球高纬度地区出现了温带植被，常绿针叶林向北推进了10个纬度。非洲和澳大利亚沙漠的面积减少，变成稀疏的草原和林地。



由于海水增暖，北大西洋的年均海温升高了5-10℃，赤道东太平洋也异常增暖。

有学者认为，现在我们是在厄尔尼诺和拉尼娜之间振荡，而上新世中期的气候则是始终处于厄尔尼诺的状态，这被称为“永久的厄尔尼诺”。当然，也有学者认为当时更多是拉尼娜状态，这一点尚有争议。

这种温暖的状态，跟IPCC第四次评估报告中所预测的“21世纪末地球最可能达到的气候”非常类似，因此上新世暖期常被认为是21世纪暖期的“可能参照期”。

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热带气旋



热带气旋是世界上最严重的自然灾害之一，伴随的狂风、暴雨和风暴潮对沿海地区居民生命财产安全和社会经济发展等造成巨大的威胁。

2016年第10号台风“狮子山”造成图们江干流全线超警，上游发生超历史洪水，吉林近5万人紧急转移安置，直接经济损失26亿元。



另一方面，热带气旋能让上层海洋的混合显著加强，影响海洋热输送，调节全球气候。

然而，热带气旋观测记录的时间较短，数据来源不一致，这造成我们对全球变暖背景下热带气旋响应机制的认识并不充分。

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古气候研究中的热带气旋



结合古气候数值模拟，研究地球历史暖期中热带气旋的变化，借古鉴今，可以揭示热带气旋活动与气候变化的关系，有利于我们准确预估21世纪热带气旋的变化趋势，制定相应的防灾减灾措施。

我所竺南中心燕青博士等，联合南京信息工程大学和其它国内外研究单位的科研人员，采用超高分辨率（~25km）全球大气模式，首次揭示了上新世暖期热带气旋活动的演变规律及物理机制。

研究结果表明，上新世暖期，全球热带气旋的最大风速增加了3~7%，位置向两极移动，持续时间延长了约8~11%，破坏力也显著增加。



这主要因为上新世增强的热带气旋潜在位势、减弱的垂直风切变，增加的大气水汽含量，以及由于Hadley环流向极地扩张所引起的环境因子经向梯度减小。

值得注意的是，上新世热带气旋的变化特征与观测的现代暖期、预估的未来暖期气旋变化趋势大体一致。虽然上新世海温重建有一定的不确定性，但在不同的海温情境下，上述变化特征仍然存在。

这也就是说，在未来全球增温加剧的背景下，热带气旋整体上很可能的朝着更强（破坏力）、更快（移动速度）、更长（持续时间）的趋势发展，虽然在区域尺度上会有所不同。

此外，上新世暖期赤道太平洋海温梯度显著减小，有科学家认为加强的热带气旋在维持“永久的厄尔尼诺”中起到了重要的作用。然而，燕青博士等的该项研究指出，上新世热带气旋增强所导致的海洋垂直混合增加，很可能不足以维持减弱的赤道太平洋海温梯度。

该研究结果在线发表于Proceedings of the National Academy of Sciences：

Yan Q., T. Wei, R. Korty, J. P. Kossin, Z. Zhang, and H. J. Wang, 2016: Enhanced intensity of global tropical cyclones during the mid-Pliocene warm period. Proc. Nat. Acad. Sci., doi/10.1073/pnas.1608950113.

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